[發明專利]基于原子接收機的FMCW雷達系統及距離測量方法

在審

• 申請號: 202110317777.0
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113109799A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 林沂;吳逢川;王延正;武博;安強;付云起
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/34
• 分類號: G01S13/34
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種基于原子接收機的FMCW雷達系統和距離測量方法。所述系統使用FMCW信號源根據預設的信號發射周期發送FMCW信號，使用原子接收機在預設的信號接收周期接收FMCW信號經目標反射產生的回波信號，使用信號處理模塊處理原子接收機收到回波信號后輸出的EIT譜信號，根據EIT譜信號的EIT透射峰值的變化得到FMCW信號和回波信號間的差頻信號，得到目標的距離測量值。上述系統可以直接基于時間?頻率數據得到差頻信號并計算目標距離，避免了傳統FMCW雷達在距離測量中需要對差頻信號進行離散采樣和FFT變換引入頻率量化誤差的問題，能夠提高測距結果的精度；并且可以降低系統硬件復雜度、實現系統小型化。

技術領域

本申請涉及雷達測距技術領域，特別是涉及一種基于原子接收機的FMCW雷達系統及距離測量方法。

背景技術

雷達作為探測空間目標的主要手段之一，在民用領域及軍用領域得到了廣泛應用，典型的雷達系統包括毫米波汽車防撞雷達、液位計測量雷達、合成孔徑成像雷達等。FMCW雷達因具有架構簡單、發射功率低、成本低的優點而得到廣泛使用。現有FMCW雷達系統通常采用零中頻架構接收機，其工作原理為：由接收天線收集空間微波信號，將收集到的信號經過下變頻混頻器后轉化為基帶信號，最后對該基帶信號進行數據采集并處理，完成目標參數估計。

這類雷達系統的缺陷在于：雷達系統接收機的天線孔徑尺寸受限于chu極限[ChuL J.Physical limitations of omni-directional antennas[J].Journal of appliedphysics,1948,19(12):1163-1175.]，其天線孔徑尺寸與雷達工作波長相比擬，雷達工作波長越長，所需的天線孔徑尺寸越大；此外，零中頻架構接收機需要通過下變頻獲得基帶信號，雷達系統必須包含下變頻混頻器、中頻濾波器等模塊，因此，雷達系統的硬件復雜度難以降低。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供能夠在確保測距精度的同時降低系統復雜度的一種基于原子接收機的FMCW雷達系統及距離測量方法。

一種基于原子接收機的FMCW雷達系統，包括FMCW信號源、原子接收機和信號處理模塊。

FMCW信號源用于根據預設的信號發射周期發送FMCW信號。

原子接收機用于在預設的信號接收周期接收FMCW信號經目標反射產生的回波信號。

信號處理模塊用于處理原子接收機收到回波信號后輸出的EIT譜信號，根據EIT譜信號的EIT透射峰值的變化得到FMCW信號和回波信號間的差頻信號，得到目標的距離測量值。

其中一個實施例中，FMCW信號源發送的FMCW信號的頻率為：

f＝f₀+(B/T)*t

其中，f₀為FMCW信號的起始頻率，B為FMCW信號的頻率帶寬，T為FMCW信號的調制周期，t為FMCW信號的在調制周期T內的信號發射時間。

其中一個實施例中，信號處理模塊計算目標的距離測量值的方式為：

其中，表示目標的距離測量值，c表示自由空間的光速，Δf表示差頻信號頻率。

其中一個實施例中，原子接收機包括探測激光器、耦合激光器、探測光二向色鏡、耦合光二向色鏡、原子氣室和光電探測器。

探測激光器發射的探測光經探測光二向色鏡穿過所述原子氣室。

耦合激光器發射的耦合光經耦合光二向色鏡穿過所述原子氣室。

原子氣室產生的透射光由光電探測器轉換為電信號，電信號為原子接收機的輸出信號。